CN104685124A - 具有特殊粒径分布的填充材料的卷烟纸 - Google Patents

Abstract

公开了包含纸浆纤维和填充材料颗粒的卷烟纸，其中至少50wt％、优选至少70wt％且特别是至少90wt％的填充材料具有根据ISO 13320测得的粒径分布，其中分布参数p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀符合：p≤5.0μm，优选p≤4.0μm并且特别优选p≤3.5μm，以及p≥-1.0μm，优选p≥0.0μm并且特别优选p≥1.0μm。

Description

具有特殊粒径分布的填充材料的卷烟纸

发明领域

本发明涉及含有纸浆纤维和填充材料颗粒的卷烟纸。本文中，术语“包含”不排除该卷烟纸包含其它组分。具体地，其涉及使香烟烟雾中一氧化碳的量减少的卷烟纸，并且涉及相应的香烟。

背景技术及现有技术

通常所知，香烟烟雾含有多种有害物质，其中包括一氧化碳。因此，在行业中对生产下述香烟存在着浓厚的兴趣，来自所述香烟的烟雾含有显著更少的有害物质。为了减少此类物质的量，香烟通常配备有一般由醋酸纤维素制成的过滤嘴。然而，这些过滤嘴不适合用于减少来自香烟的烟雾中的一氧化碳含量，因为醋酸纤维素不能吸收一氧化碳。在过滤嘴中掺入催化剂的多种提议迄今尚未成功，一部分是出于功能原因而一部分是出于经济原因。

还已知用流经接装纸中的孔隙的空气流稀释香烟中产生的烟雾。在这点上，虽然香烟烟雾的一氧化碳含量的确可以减少，但是代价是决定香烟味道的物质被稀释了，因此对香烟的味觉以及消费者的接受度产生了负面影响。

香烟烟雾中的物质是通过其中根据标准化方案进行吸烟的方法而测定的。例如在ISO 4387中描述了这样的方法。在这点上，在开始第一次抽吸时首先点燃香烟，然后以2秒的持续时间和35cm³的体积，在香烟的嘴端每分钟抽吸一次，遵循正弦抽吸曲线。重复抽吸，直到香烟的长度低于在标准中定义的长度。在抽吸过程中从香烟的嘴端流出的烟雾被收集在剑桥滤板(Cambridge Filter Pad)中，随后化学分析该滤板的各种物质(例如烟碱)的含量。在抽吸过程中从香烟的嘴端流出且通过剑桥滤板的气相被收集并且也被化学分析，例如，以测定在香烟烟雾中的一氧化碳含量。

在标准化抽烟过程中，香烟由此处于两种不同状态的流动中。在抽吸过程中，在面向烟草的内侧与卷烟纸的外侧之间存在相当大的压力差，通常为200Pa至1000Pa。该压力差导致空气流经卷烟纸进入香烟的烟草部分并且稀释抽吸过程中产生的烟雾。在这种每次抽吸持续2秒的阶段中，香烟烟雾的稀释程度通过纸的透气性来确定。透气性是根据ISO 2965而测定的，并且表示在每单位时间、每单位面积和每压力差下流经卷烟纸的空气量，因此具有量纲cm²/(min cm²kPa)。其也被称为CORESTA单位(CU，1CU＝1cm³/(min cm²kPa))。通过该值来控制香烟的烟杆通气性(rod ventilation)，即，在对香烟抽吸过程中流经卷烟纸进入香烟的气流。通常情况下，卷烟纸的透气性为0CU至200CU，其中通常优选20CU至120CU。

在抽吸之间的时间段里，在香烟的烟草部分的内部与周围环境之间没有任何明显的压力差的情况下，香烟闷燃，因此气体输送是由烟草部分与周围环境之间的气体浓度之差来决定的。在这点上，一氧化碳也可通过卷烟纸扩散至烟草部分之外并进入周围空气中。在这种根据ISO 4387所述的方法持续58秒的阶段中，卷烟纸的扩散性能是减少一氧化碳的相关参数。

扩散性能是传递系数，并且描述了卷烟纸对由浓度差驱动的气流的渗透性。更精确地说，它表示在每单位时间、每单位面积和每浓度差下通过纸的气体体积的扩散能力，因此具有单位cm³/(s.cm²)＝cm/s。CO₂的卷烟纸扩散性能可以例如用Sodim公司的CO₂扩散测试仪测定并且与CO的卷烟纸扩散性能密切相关。

上述考虑可以看出，香烟的扩散性能对于香烟烟雾中的一氧化碳含量具有独立、重要的意义，并且在香烟烟雾中的一氧化碳的水平可以通过增加扩散性能而降低。这对于现有技术已知的自熄香烟具有特别的相关性，对于该香烟，观测到相对高的一氧化碳值。在这样的香烟中，阻燃条(burn-retardant stripes)被施用到卷烟纸上，以在标准化试验(ISO 12863)中实现自熄。该测试或类似的测试是例如美国、加拿大、澳大利亚和欧盟的法律要求的一部分。一氧化碳值的增加是以下事实导致的：一氧化碳可以仅以非常小的程度来通过阻燃条扩散至香烟之外。因此，提供可以补偿这种不希望的副作用的卷烟纸会具有很大的优势。

然而，实际上，事实证明在纸生产过程中独立于纸的透气性来调整扩散性能是极其困难的。然而，在多数情况下，透气性本身是香烟制造商必须遵守的纸规格的主题，从而根据该要求，扩散性能是从纸生产过程中获得的，并且只能在很小范围内变化(还对照B.E.:Theinfluence of the pore size distribution of cigarette paper on its diffusionconstant and air permeability，SSPT17，2005，CORESTA meeting，Stratford-upon-Avon，UK)。透气性以及扩散性能由卷烟纸的多孔结构决定，因此在这些参数之间存在着近似地由D*～Z^(1/2)给出的关系，其中D*为扩散性能并且Z为透气性。这种关系首先符合良好的近似性，条件是纸的透气性主要通过精制纸浆纤维来调节。

从现有技术中，已知通过加入热不稳定物质(WO 2012013334)或通过选择填充材料颗粒的平均尺寸(EP 1450632，EP 1809128)来增加卷烟纸的扩散常数的多种方法。尽管有这些测试，但对于给定的透气性仍缺乏显著增加扩散性能的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供卷烟纸，其在给定的透气性下选择性降低香烟烟雾中的一氧化碳含量。

该目的是通过权利要求1所述的卷烟纸实现的。有利的其它实施方案在从属权利要求中给出。

根据本发明，卷烟纸含有纸浆纤维和填充材料，其中至少50wt％，优选至少70wt％并且特别优选至少90wt％的填充材料具有根据ISO13320测量并经用于方解石的米氏修正(Mie-correction)的粒径分布，其中分布参数p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀符合：p≤5.0μm，优选p≤4.0μm并且特别优选p≤3.5μm，以及p≥-1.0μm，优选p≥0.0μm并且特别优选p≥1.0μm。

粒径分布限定了颗粒集合体的粒度测定条件并且描述了颗粒集合体中的粒径的概率分布。根据ISO 13320，粒径从激光束的衍射图案来测定。为了从衍射图案来计算粒径，采用例如根据弗劳恩霍夫(Fraunhofer)或根据米氏的多种模型。对于本文中有关的粒径，使用了根据米氏的具有方解石的材料参数的模型。从以这种方式测得的粒径分布，能够辨别例如哪种颗粒体积分数低于预设的尺寸。该部分可以例如以“d_x”形式给出，其中x代表0至100的数值并且d是粒径的量度。作为一个实例，d₁₀＝0.5μm意味着在该集合体中10体积％的颗粒小于0.5μm。

因此，粒径“d”对应于球形颗粒的直径。对于不是球形的颗粒，其对应于根据ISO 13320测量的球形颗粒的直径，得到与非球形状的颗粒相同的结果。

因此，根据上面提到的粒径分布而分布的颗粒可以在大多数情况下是片状或非片状的，并且优选由白垩组成。在这方面，当长度l和宽度b小于厚度d的4倍、优选小于厚度d的两倍时，颗粒被认为是非片状的，其中长度l、宽度b和厚度d分别对应于在三个相互正交的空间方向上的最大尺寸。对于近似长方体的几何形状的理想化概念，长度l、宽度b和厚度d可以例如对应于长方体的侧面，即并不是必须使长度l对应于颗粒的最大尺寸，对于理想化长方体而言，颗粒的最大尺寸会对应于体对角线。然而，通常长度l将大于或等于宽度b，并且转而将与颗粒的最大空间尺寸相差2.5倍以下。

本发明人已经发现，通过使用具有特殊粒径分布的填充材料，可以以特别有利的方式影响卷烟纸的扩散性能。特别是，在给定的透气性下，可以实现相对高的扩散性能。

由此，粒径分布的形状的特征在于四个值d₁₀、d₃₀、d₇₀和d₉₀，并且由这四个值通过使用p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀来计算出分布参数p。本发明人已经发现，如果该分布参数低于约5μm，则获得卷烟纸扩散性能的意料不到且大幅的增加。此外，本发明人发现，如果分布参数低于4.0μm的值，则可以预期出现平台，并且没有类似的扩散性能的大幅增加，相反地，扩散性能保持在高水平。该关系示于图3。

分布参数p也可具有小于0μm的值，并且通常选择粒径分布以使p大于-1μm。

优选地，选择在纸中的全部填充材料的粒径分布以使分布参数p取如上限定的值。然而，在本发明的上下文中，有可能将具有本发明的粒径分布的填充材料与具有其它粒径分布的其它填充材料相结合，只要具有本发明的粒径分布的填充材料的分数足够高至提供所述的技术效果。出于这个原因，如上所述，全部填料含量中具有本发明的粒径分布的填充材料的分数是至少50wt％，优选至少70wt％并且特别优选至少90wt％。

填充材料优选是沉淀的白垩。由于由纸中的填充材料所引起的效果主要具有物理性质，但是类似的优点可以由其它填料材料实现，例如氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛、氧化铁或其组合。

如最初所述，常规纸的扩散性能D*与CU单位的透气性的平方根成良好的近似比例，即D*～Z^(1/2)。例如，在Z＝50CU的透气性下，CO₂的扩散性能的典型值为1.65cm/s。到现在为止，相对于透气性Z独立地改变扩散性能D*，以在给定的透气性Z下，获得增大的扩散性能D*，这在技术上是非常困难的。然而，通过使用具有本发明的粒径分布的本发明的填充材料，对于其它方面相同且透气性Z＝50CU的纸，可以将CO₂的扩散性能D*增大至D*≥1.80cm/s以上。由于填料具有这种粒径分布，扩散性能D*的类似的相对增加也导致透气性偏离Z＝50CU。为了量化对于x CU的一般透气性的效果，通过使用关系D*～Z^(1/2)，通过将其乘以因子可以将CO₂的扩散性能D*归一化到预期的在50CU下的扩散性能，即

在本发明的有利的实施方案中，优选≥1.90cm/s，特别≥2.0cm/s，适用于具有x CU的透气性的卷烟纸的CO₂扩散性能这特别是下述情况，透气性值x为20≤x≤120、优选30≤x≤100，并且至少针对于具有20wt％至40wt％的填料含量的纸。

发现对于本发明的效果，整个粒径分布基本上比单独的平均粒径更关键，即，所期望的效果基本上可以独立于平均粒径而实现。在优选的实施方案中，根据ISO 13320测量并经用于方解石的米氏修正的粒径分布的中值d₅₀为0.2μm至4.0μm，优选为0.5μm至3.0μm。

本发明的填充材料可以以常规方法加入到纸中，如纸生产领域的技术人员已知的。此外，在制造纸时，在加入本发明的填充材料后不需要额外的特殊的措施。

优选地，纸的总填充材料含量为10wt％至45wt％，特别优选为20wt％至40wt％。另外，卷烟纸的基重优选为10g/m²至60g/m²，特别优选为20g/m²至35g/m²。

在特别优选的实施方案中，纸的某些区域用阻燃材料处理，所述材料是适合于提供由具有自熄性的纸制造的香烟。如最初所述，在两次连续抽吸之间该阻燃区抑制CO扩散至香烟之外。这就是为什么通常这种自熄香烟被观测到CO值增加的原因。这是相当大的问题，因为加大的防火措施不应增大香烟烟雾对健康的危害。用本发明的卷烟纸，由于阻燃区域带来的香烟烟雾中CO含量的典型增加可以至少部分地由纸的未处理区域中的扩散性能增加来补偿。因此，本发明提供与此类处理纸相关的特殊技术效果。

附图简述

图1示出的表格中给出了18种不同类型的白垩的d₁₀、d₃₀、d₇₀、d₉₀值。此外，该表示出了含有低量(18wt％)或高量(28wt％)的各种白垩的卷烟纸所得的透气性Z和扩散性能D*的值。

图2示出的表格包括与表1相同的白垩类型和纸的白垩含量和低白垩含量的及其差的值。

图3示出了作为图1的纸和白垩类型的粒径分布的分布参数p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀的函数的图示。

优选实施例和比较实施例描述

为了示范本发明的效果，对来自纸浆纤维的纸张进行了测试，所述纸浆纤维填充了具有不同粒径分布的18种不同类型中的一种类型的白垩。在这方面，每种白垩类型制备2张纸张，1张具有约18wt％的白垩含量(“低”白垩含量)而1张具有约28wt％的白垩含量(“高”白垩含量)。这些百分比应理解为表示相对于纸张质量的重量百分比。

对于每种白垩类型，粒径分布根据ISO 13320通过激光衍射来测定。在这方面，所有的白垩类型是使用来自CILAS公司的命名为CILAS 1064(序号273)的仪器测量的，并且使用“The Particle Expert”v 6.15软件进行评价。对于基于计算机的评价，使用根据用于方解石的米氏的模型。测量是通过湿法分散进行的，其中用集成在测量仪器中的超声波分散器将样品分散在液体中。该超声波分散器在50瓦特的功率和38kHz的频率下使用。所使用的液体是蒸馏水。每次测量，总共将500ml水放置在测量仪器的分散单元内。样品量由约0.1g的待研究的干态材料组成。每种样品进行6次测量，其中如果一次测量偏离，那么进行15次测量的稳定性检验。所述测量是根据所用仪器的说明书并且根据ISO 13320进行的，除非另外指明，其中选择仪器的标准设置。仪器对粒径分布的评估给出了d₁₀、d₃₀、d₇₀和d₉₀的量，从该量，由p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀计算分布参数p。

由短纤维和长纤维的混合物组成的相同的纸浆纤维混合物用于所有的纸张，以使结果仅取决于白垩的粒径分布和白垩含量。生产纸张之后，测量扩散性能和透气性。纸张的扩散性能D*是根据ISO 187调整后用Sodim Paper Diffusivity Meter,95X-2型(系列4，第26号)测量的。纸张的透气性Z是根据ISO 2965测定的，其中使用了具有10×20mm矩形开口的测量头。测量值的总结示于表1，在图1中给出。

本发明的目标是当填充材料含量改变时，尽可能强地影响扩散性能并且尽可能小地影响透气性。由于纸张都具有不同的透气性，必须以上述方式归一化该值使纸张具有标准透气性(在这种情况下是50CU)。

表2中的值示于图2，其中表示50CU透气性的纸张在低白垩含量和高白垩含量下扩散性能之间的差。

如果填充材料的粒径分布的分布参数p与扩散性能的变化之间的关系被表示在图中(如在图3)，则可以看出，可以获得扩散性能的特别大的变化，条件是分布参数p至多5.0μm，优选至多4.0μm并且特别优选至多3.5μm，但同时至少-1.0μm，优选至少0.0μm并且特别优选至少1.0μm。

因此，具有数值10和12-18的纸构成了本发明的实施方案，而其它纸表明使用具有本发明范围之外的分布参数p的粒径分布的填充材料，不能实现所期望的效果。

假设按照透气度Z和扩散能力D*表现出良好的近似，则这应意味着，实际上，不能独立于透气性设定扩散性能。另一方面，与此不同的值表示偏离这种严格关系，这是在本发明的上下文中所利用的。对于具有分布参数p为5.0μm至-1.0μm的粒径分布的填充材料，获得了的更大的值，正如本发明人能够证明的，其中分布参数p的优选上限为4.0μm、优选3.5μm，并且优选的下限为0.0μm、优选1.0μm。

还可以从表2看出，对于本发明的具有这样的填充材料粒径分布的纸，对于透气性Z＝50CU，可以获得扩散性能的相对高的绝对值；其大于1.80cm/s，优选大于1.90cm/s和尤其超过2.0cm/s。

Claims (9)

1.包含纸浆纤维和填充材料颗粒的卷烟纸，其中至少50wt％、优选至少70wt％且特别是至少90wt％的所述填充材料具有根据ISO13320测量并经用于方解石的米氏修正的粒径分布，其中分布参数p＝d₁₀+2·d₃₀+2·d₇₀-d₉₀符合：

p≤5.0μm，优选p≤4.0μm，并且特别优选p≤3.5μm，以及

p≥-1.0μm，优选p≥0.0μm，并且特别优选p≥1.0μm。

2.根据权利要求1所述的卷烟纸，其中所述填充材料完全或部分由下列材料中的一种或多种材料组成：沉淀白垩、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛和氧化铁。

3.根据权利要求1或2所述的卷烟纸，其具有x CU的透气性和CO₂的扩散性能其中cm/s，优选≥1.90cm/s，并且特别优选≥2.0cm/s。

4.根据权利要求3所述的卷烟纸，其中20≤x≤120，优选30≤x≤100。

5.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸，其中根据ISO13320测量并经用于方解石的米氏修正的粒径分布的中值d₅₀为0.2μm至4.0μm，优选0.5μm至3.0μm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸，其中所述纸的总填充材料含量为10wt％至45wt％，优选20wt％至40wt％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸，其中基重为10g/m²至60g/m²，优选20g/m²至35g/m²。

8.根据前述权利要求中任一项所述的卷烟纸，其中在离散区域内用阻燃材料处理所述纸，其适合于提供由具有自熄性质的纸制造的香烟。

9.包括烟丝条和包裹所述烟丝条的卷烟纸的香烟，其中所述卷烟纸是权利要求1至8中任一项所述的卷烟纸。